浅析高填方路基稳定性影响因素及观测方案

张艳妮 周 静

高填方路基沉降是公路工程中最常见的病害，因为对路基沉降的原因没有深刻的研究和足够的了解，致使桥头跳车、路基沉陷、路面早期破损等多种病害现象一直困扰我们，也直接影响着公路的使用和社会效益。为了了解和掌握路基沉降的原因，搞清路基填筑材料、填筑高度与路基沉降的关系，保证工作质量，需要通过对高填方路基施工中和完成后的沉降观测、分析，从中找出路基的沉降规律，为减少或消除高填方路基沉降引起的质量病害和指导路基、路面施工提供依据。本文首先分析影响高填方路基稳定性的因素，从而确定观测高填方路基稳定性所需的项目，最后针对各观测项目制定具体的观测方案。

1 高填方路基稳定性影响因素

1.1 荷载的影响

在高速公路的修建过程中，荷载主要为路基填土和路面的自重。施工中的不同加载速率和加载方式对稳定性有重要影响，尤其是加载初期影响最为明显，后期则关系不大。当初期施工填筑速率缓慢时，土中孔隙水压力有较充分的排出和消散时间，路基中土体有效应力能够随荷载缓慢增加，土体有充分的时间进行固结，这样软基的稳定性就好;反之，施工填筑速率过快，土体没有充分固结，那么就会造成严重的失稳事故，所以，做好填土施工过程中的稳定性控制工作至关重要。

公路修建完毕后的荷载主要是车辆荷载，对于车辆荷载作用下路基的沉降问题，目前的处理办法一般只将其转化成静载。因为车辆荷载相对于路基自重来说所占比例很小，而且，这时土体已经完成了大部分的固结，故对软基后期稳定性的影响很小。

1.2 土的性质的影响

土的本身性质对稳定性的影响主要体现在以下几个方面:1)土性参数的变异性。大量的试验、统计结果和工程实践表明，土性参数存在着变异性，而且变异系数远比一般的人工材料大。除容重外，地基土的弹模、泊松比以及强度参数(如 c，φ)也都存在着变异性，尤其是c值，有时变异系数高达0.5左右。此外，由于地基沉降往往为一定范围内土性的平均特性所控制，而土性参数一般又表现出明显的空间变异性，不同位置土性参数具有相关性，所以，根据现场的监控资料来推算判断路基的稳定性有较强的现实意义。2)土的结构性。不同地域土的结构性迥异，有的地方表层土存在明显的硬壳层，这对提高稳定性是非常有益的。另外，软土层的厚度、层数以及各层相间隔的距离，都对稳定性有着极大的影响。了解土结构性变化最直接手段就是在不同的土层中都布设沉降环，测量它的变化间接得到不同土层的变化。3)土体边界条件。由于路基所处的地下水水位都是随机变化的，所以其初始孔压和边界上的孔压均存在不确定性。

以往经验证明，软基路堤的稳定安全系数随施工过程逐渐减小，在填土过程完成时，安全系数通常为最小值，且施工期间的干扰因素较多，故在施工期间路堤最易出现稳定问题。稳定控制一方面是随时对施工过程进行稳定性分析，并确定合理的加载计划。但由于各种计算理论存在诸多假设，且计算参数的精度问题，计算的结果与工程实际情况并不一定符合，所以另一方面还要做好观测工作，通过观测数据同计算结果进行对比分析来估算工程的稳定性，指导施工，这才是稳定控制的最好办法。

2 高填方路基稳定性观测项目

1)变形观测。变形观测是为了随时了解路堤土体在各个方向的变形趋势和大小，便于对路堤稳定状态进行动态评估，防止发生路堤的突然失稳。主要项目包括沉降观测、坡脚水平位移观测、分层沉降和侧斜等。2)应力观测。应力观测是为了更好地了解土中应力的分布、应力扩散规律及孔隙水压力，以便掌握土的力学性质。孔隙水压力是评价软土固结程度的最直接的指标，可根据测点孔隙压力—时间变化曲线，反算土的固结系数、推算该点不同时间的固结度，从而推算强度变化情况，并确定下一级施加荷载的大小，用于控制加荷速率。

3 观测方案

1)路基沉降观测:通过埋设地表沉降板来进行地表沉降观测，沉降板在软土地基处理之后埋设，根据设计文件要求确定测点位置，并应在观测数据容易反馈的部位。地表沉降板为500 mm×500 mm×10 mm的铁板，测杆为6 cm的铁管，保护套管尺寸以能套住测杆并使标尺能进入套管为宜。随着填土的增高，测杆和套管宜相应接高，每节长度不宜超过50 cm。接高后的测杆顶面应略高于套管上口，套管上口应加上盖子封住管口，避免填料落入管内而影响测杆下沉自由度，盖顶高出碾压面高度不宜大于50 cm。

2)地表沉降水平位移观测:当填方高度小于2 m时，地表侧向位移很小，当填方超过2 m时进行测量。观测时，严格按设计或合同文件要求和沉降观测同步进行。在地势平坦、通视条件好的地区，水平位移观测可采用视准线法。要求日水平位移不超过5 mm。地表水平位移观测的边桩为距路基坡脚1 m，5 m远的两根直径100 mm，长1 500 mm的木桩。边桩的埋设深度以地表以下不小于1.2 m为准，桩顶露出地面的高度不大于10 cm。埋置方法可用打入或开挖埋设，桩周围要回填密实，确保边桩埋置稳固。在距路基坡脚20 m处按3点垂直于路基埋设基准桩，如图1所示。

3)分层沉降观测:分层沉降管为PVC管，在管外按地质分层套上磁环，磁环是包裹塑料外层的磁铁环，磁环内径与分层沉降管外径吻合，磁环上有6个向外斜伸的钢片，埋设时将磁环套在预设深度处，用纸绳将钢片捆扎在分层沉降管上，用钻机打孔将分层沉降管和磁环埋设在地下，当纸绳遇水时断开，钢片弹开把磁环固定在钻孔壁上，磁环随该地层的变形而变化。测量时用分层沉降仪沿分层沉降管内测量，分层沉降仪探头内有线圈，当遇到磁环时线圈切割磁力线产生电流引发分层沉降仪上的蜂鸣器鸣响而测得磁环变化，测量精度为0.5 mm。埋设和测量见图2。

4)深层土体位移(测斜)观测:深层土体位移观测是在观测点埋设测斜管，由测斜仪测得，测斜管用钻机钻孔埋设，钻孔要求垂直，测斜管底部应置于深度方向水平位移为0的硬土层中至少50 mm或基岩上。测斜管内有两条十字导向槽，将其中一条与路基轴线垂直，用测斜仪测量导向槽倾角变化计算地下各深度的位移量，埋设和测量见图3。

5)孔隙水压力:孔隙水压力计的每组探头按地质情况布设，一般埋设探头3个～5个，用钻机打孔将探头埋设在预定深度处，用导线管将测量缆线引至路边进行测量。孔隙水压力计设在路中，一般在桥头或软土处理等重点部位埋设。

6)土压力:土压力用土压力盒来测量，土压力盒布设在路中和路基两侧1/4处，用导线管将测量缆线引至路边进行测量，一般在桥头或软土处理等重点部位埋设。

总体布置见图4。

4 结语

相关现场监测试验工作是高填路堤工程设计和施工的重要内容，适时的监测试验数据既是对设计合理性和施工质量与可行性的验证，也是修改补充设计和指导施工的重要数据。

[1] 朱 磊.高填方路基沉降观测与分析[J].山西建筑，2008，34(9):308-309.

[2] 任育红，任 涛.高速公路高填方路段变形观测研究[J].平原大学学报，2003，20(2):20-21.

[3] 崔 令.高速公路高填方路堤变形与稳定性研究[D].天津: 河北工业大学，2006.